虚拟化技术与应用课件 项目7 虚拟资源管理与高可用

虚拟资源管理与

高可用

内存虚拟化虚拟内存虚拟内存是一种内存管理技术，是虚拟的、逻辑的存储空间。核心原理：为每个程序设置一段“连续”的虚拟地址空间，虚拟地址空间按照固定大小划分成多个具有连续地址的被称为页（Page）的若干单元（根据处理器架构的不同，页通常为4KB或2MB）。这些页和物理内存做映射，在程序运行期间动态映射到物理内存。

内存虚拟化内存虚拟化主机执行虚拟内存管理时无需了解客户机操作系统，也不会干涉客户机操作系统自身的内存管理子系统。每个虚拟机的VMM（VirtualMachineMonitor，VMM）保持了从客户机操作系统的物理内存页到基础计算机上物理内存页的映射。内存虚拟化过程：运行虚拟机的时候，VMkernel会为虚拟机创建一个内存空间，这个内存空间与客户机操作系统为应用所提供的内存地址空间具有相同的属性。通过这个内存空间，可以同时运行多个虚拟机，还可以保护每个虚拟机被其他虚拟机访问。从虚拟机运行角度来看，额外增加了一层地址转换，将客户机物理地址映射为主机物理地址。内存虚拟化在虚拟化架构中，共有3层内存，如图所示：客户操作系统虚拟内存：由操作系统提供给应用程序。客户机操作系统物理内存：由VMkernel提供给虚拟机。主机物理内存：可向虚拟机提供可编址的连续内存空间。应用操作系统主机VirtualMachine客户机操作系统虚拟内存客户机操作系统物理内存主机内存

内存虚拟化虚拟机内存分配每个虚拟机均会根据其配置大小消耗内存，还会消耗额外开销内存以用于虚拟化。配置大小是提供给客户操作系统的内存量。例如：如果配置一台1GB的虚拟机。当客户操作系统引导时，系统会检测到它正运行在具有1GB物理内存的专用计算机上。有些情况下，可能向虚拟机分配全部内容（即1GB）。在其他情况下，可能会得到较小的分配量。无论实际分配如何，客户机操作系统会继续运行，就好像运行在具有1GB物理内存的专用计算上一样。

内存虚拟化虚拟机超额分配当为所有已启动的虚拟机配置的内存占用空间总和超过主机的内存大小时，即是超额分配内存。内存虚拟化当内存超额分配时虚拟机无法始终将为其分配的内存全部利用起来。为了提供内存使用率，主机会将闲置虚拟机的内存转给需要更多内存的虚拟机。超额分配的内存存储在.vswp文件中。内存开销存储在vmx-*.vswp文件中。VM1.vswpVmx-*.vswp虚拟机2.vswpVmx-*.vswp虚拟机3.vswpVmx-*.vswpOSAPP10GBOSAPP10GBOSAPP10GBVM10GB主机内存=32GB虚拟机的已配置内存总量=40GB本地部署本地部署本地部署远程部署

内存虚拟化方法详细信息透明页共享有效利用物理内存页。使用此方法，具有相同内容的页面只存储一次。内存释放将一个虚拟机的内存重新分配到另一个虚拟机。内存释放机制可在内存不足时激活，强制虚拟机使用自己的分页区域。内存压缩在发生激烈的内存争用时确保一定程度的内存性能。主机级固态硬盘交换使用固态硬盘存储主机缓存交换文件，提高性能。硬盘中的虚拟机内存分页除非万不得已，否则系统不会采用这种方式交换空间，因为会导致性能会变得很差。

CPU虚拟化CPU虚拟化CPU虚拟化指的是将单个物理CPU虚拟化成多个虚拟CPU供虚拟机使用。虚拟CPU分时复用物理CPU，由虚拟机监控器（VirtualMachineMonitor，VMM）对虚拟CPU分配时间片，并同时对虚拟CPU的状态进行管理。

CPU虚拟化基于全虚拟化的CPU虚拟化基于硬件辅助的CPU虚拟化基于半虚拟化的CPU虚拟化CPU虚拟化的实现方式

CPU虚拟化虚拟CPU与逻辑CPU单个虚拟机配置的虚拟机CPU取决于主机的物理体系架构，与为虚拟机配置多个虚拟CPU(VirtualCPU,vCPU)。一个虚拟机最多可配备256个虚拟CPU。LCPU：逻辑CPU（LogicalCPU，LCPU），通常在虚拟化环境里，任何一颗物理内核上同一时间能够执行的并发任务就只能为1个，而这1个任务，我们把它叫做LCPU。LCPU可以代表一个物理CPU，如果这个物理CPU具有1个核心，那么LCPU的数量为1。但如果物理CPU具有4个核心，对于LCPU来说数量就是4。虚拟机所使用的vCPU必须映射到LCPU才能获得相应的处理能力。CPU虚拟化逻辑CPU第一台虚拟机具有1个vCPU，那么它映射1个LCPU才能获得相应的处理能力。第二台虚拟机具有2个vCPU，那么它需要映射2个LCPU才能够获得相应的处理能力。第三台虚拟机具有4个vCPU，那么它需要映射到4个LCPU才能获得相应的处理能力。单CPU虚拟CPU双CPU虚拟CPU虚拟CPU四CPU虚拟CPU虚拟CPU虚拟CPU虚拟CPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPU虚拟物理线程核心插槽单核双插槽系统双核单插槽系统四核单插槽系统CPU虚拟化CPU超线程传统CPU是单线程的。这意味着它们一次只能执行一个功能。超线程通过使CPU可以同时处理的进程数量增加一倍来提高CPU性能。超线程（HyperThreading,HT）技术是在物理CPU的一个核心中整合了两个CPU，相当于一个核心可以同时处理两个线程，极大地提升了物理CPU的性能。超线程的LCPU与vCPU的对应关系如右图所示：借助超线程，一个核心可以执行两个线程或者指令集。也就是说超线程可以在虚拟CPU上提供更多的逻辑CPU，提供更大的调度程序吞吐量。单CPU虚拟CPU双CPU虚拟CPU虚拟CPU具有超线程的双核单插槽系统LCPULCPULCPULCPUCPU虚拟化CPU负载平衡VMkernel能够平衡处理器时间，以保证负载均匀分布在系统的多个核心上。CPU调度可以独立使用每个逻辑处理器执行虚拟机而提供与传统对称多处理（SMP）系统类似的功能。每隔2毫秒至40毫秒，Vmkenel就会将虚拟CPU从一个逻辑处理器迁移到另一个逻辑处理器来保持负载平衡。单CPUvCPU双CPUvCPUvCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPU单CPUvCPU单CPUvCPU

虚拟资源控制电源网络资源内存存储器CPU资源类型虚拟资源控制虚拟资源来源主机和群集是物理资源的来源。对于主机，可用的资源是主机的硬件资源减去虚拟化软件所使用的资源。群集是一组主机。可以将多个主机添加到群集。群集拥有所有主机的全部CPU和内存。可以针对联合负载平衡或故障切换来启用群集。数据存储群集是一组数据存储。可以创建一个数据存储群集，并将多个数据存储添加到群集中。vCenterServer共同管理数据存储资源。clusteresxi01Esxi02主机加入到群集cluster数据存储群集

虚拟资源控制虚拟资源使用者虚拟机是资源用户启动虚拟机时，服务器检查是否有足够的未预留资源可用，并仅在足够的资源时才会启动虚拟机。

虚拟资源控制虚拟资源管理作用除了解决资源过量置备问题，还能够：性能隔离：放置虚拟机独占资源并保证服务率的可预测性。高效使用：利用分配不足的资源并在过量置备时让性能正常降低。易于管理：控制虚拟机的相对重要性，提供灵活的动态分区并且符合绝对服务级别协议。

虚拟资源控制资源分配当可用资源容量无法满足资源用户（和虚拟化开销）的需求时，管理员可能需要对分配给虚拟机或它们所驻留的资源池的资源量进行自定义。资源分配设置（份额、预留和限制）用于确定为虚拟机提供的CPU、内存和存储资源量。虚拟资源控制资源分配预留0MHz/MB可用容量限制预留共享用于在此范围内争用资源。预留量是保证为虚拟机分配的最少资源量。仅在有足够的未预留资源满足虚拟机的预留时，才能够打开虚拟机资源。即使物理服务器负载较重，服务器也会确保该资源量。例如，有2G内存可用，并且为VM1和VM2各指定了1G的预留量。现在每个虚拟机都能保证在需要时获得1GHZ。但是，如果VM1只用了500MHz，则VM2可使用1.5GHz。对于为虚拟机预留的内存，可以保证永远不会被交换或者释放。默认大小为0。虚拟资源控制资源分配限制限制是可以分配给虚拟机内存或CPU的上限量。限制功能可以分配到虚拟机的CPU、内存或存储I/O资源指定上限。服务器分配给虚拟机的资源可大于预留，但决不可大于限制。CPU、内存和存储I/O资源限制默认为无限制。如果内存无限制，则在创建虚拟机时为该虚拟机配置的内存量将成为其有效限制因素。0MHz/MB可用容量限制预留共享用于在此范围内争用资源。虚拟资源控制资源分配份额份额是虚拟机获取给定资源的相对优先级或重要性。如果某个虚拟机资源份额是另一个虚拟机的两倍，则在这两个虚拟机争用资源时，第一个虚拟机有权消耗两倍于第二个虚拟机的资源。指定份额仅对同级虚拟机有意义。同级将根据其相对份额值共享资源，该份额受预留和限制的约束。为虚拟机分配份额时，始终会相对于其他已打开电源的虚拟机来为该虚拟机制定优先级。0MHz/MB可用容量限制预留共享用于在此范围内争用资源。

虚拟机高可用性HighAvailability,HA高可用性被广泛地应用于虚拟化环境中，用于提高虚拟机的可用性功能。HA能够监控虚拟机及运行这些虚拟机的主机，通过配置合适的策略，当群集中的主机或者虚拟机出现故障时，可在具有备用容量的其他生产服务器中自动重新启动受影响的虚拟机，最大限度地保证重要的服务不中断。

虚拟机高可用性当群集启动HA时，所有活动主机（未处于待机或维护模式的主机或未断开连接的主机）都将参与选举以选择群集的首选主机。挂载最多数量的数据存储的主机在选举中具有优势。每个群集中只存在一台首选主机，其他主机均为从属主机。首选主机和从属主机如果首选主机出现故障、关机或处于待机模式或者从群集中移除，那么会进行新的选举。

虚拟机高可用性监控所有从属主机的情况。当从属主机发生故障的时候，首选主机将确定需要重新启动的虚拟机。首选主机的职责监控所有受保护虚拟机的电源情况。如果有一台虚拟机出现故障，首选主机可确保重新启动该虚拟机。发生心跳信息给从属主机，让从属主机知道首选主机的存在并管理群集主机和受保护的虚拟机列表。

虚拟机高可用性故障：主机停止运行。ESXi主机停止运行由于物理硬件故障或电源等原因停止响应，停止运行的主机上的虚拟机会在HA群集中其他主机上重新启动。隔离：主机与网络隔离。分区：主机失去与首选主机的网络连接。123主机故障分为三种情况主机故障类型和检测虚拟机高可用性HA体系结构：代理通信主机和群集是物理资源的来源。在群集中启用HA后，FaultDomainManager(FDM)服务会在该集群中的主机上启动。从属主机上的FDM都会与首选主机上的FDM进行通信。主机在处于维护模式、待机模式或与vCenterServer断开连接的时候，将不能加入到HA的群集当中。=网络管理Datastore（数据存储）Datastore（数据存储）Datastore（数据存储）FDMESXi主机（从属）hostavpxaFDMESXi主机（从属）hostavpxaFDMESXi主机（主控）hostavpxavCenterServervpxd虚拟机高可用性HA体系结构：数据存储心跳当首选主机无法通过管理网络与从属主机进行通信时，首选主机会使用数据存储检测信号来确定原因：从属主机故障网络分区网络隔离管理网络1管理网络2VMFSVMFSNFSvCenterServer虚拟机A虚拟机B虚拟机C虚拟机D虚拟机F虚拟机G从属主机从属主机主控主机虚拟机高可用性出现故障的首选主机当首选主机无法通过管理网络与从属主机进行通信时，首选主机会使用数据存储检测信号来确定原因：当首选主机处于维护模式或出现故障时，从属主机会检测到首选主机不再发送检测信号。主要心跳网络NAS/NFSVMFS（心跳区域）vCenterServer虚拟机A虚拟机B虚拟机C虚拟机D虚拟机F虚拟机G文件锁定文件锁定从属主机MOID98出现故障的主控主机MOID99从属主机MOID100备用心跳网络MOID=代管对象ID默认网关（隔离地址）虚拟机高可用性HA体系结构数据存储心跳处于隔离状态的主机。当主机出现以下情况时，为处于隔离状态：主机未收到网络检测信号。主机无法对它的隔离地址执行ping操作。主要心跳网络默认网关（隔离地址）虚拟机A虚拟机B虚拟机C虚拟机D虚拟机F虚拟机G从属主机主控主机从属主机备用心跳网络虚拟机高可用性HA场景：主机故障HA能够确定一台主机是否出现故障或者被隔离。当主机发生故障时，故障主机上的虚拟机可以在群集中的备用主机上重新启动。图中绿色的部分是群集，群集中共有三台主机，及ESXiHost1,ESXiHost2与ESXiHost3,可以看到ESXiHost